一個系統設計解決方案的成本高低主要是取決於晶片的架構，尤其是調制解調器（Modem）、媒體存取控制器MAC（Media Access Controller）的整合度，和所使用的無線電收發器架構的類型。以雙頻帶無線區域網路802.11a/g晶片模組為例，OFDM和CCK調制解調器、MAC功能和host端界面邏輯就必須能夠在一個CMOS die上被整合，由於這些都還算是數位電路，所以在技術上是可行的。

就以設計OFDM和CCK的調制解調器而言，可以針對OFDM和CCK使用專屬的hard-wired數位訊號處理器，或者透過嵌入式可編程數位訊號處理器做為OFDM/CCK調制解調器，也可以混合這兩種方式來設計調制解調器。選擇正確的MAC架構也是一個重要的降低成本的方法。如同所有其他元件一樣，MAC的靈活度（flexibility），性能和功率耗損都必須考慮進去。

在使用硬體的MAC加速處理器情況下，搭配嵌入式可編程的數位訊號處理器來執行802.11的MAC軟體會有最佳的效能。這個軟體架構的MAC可以有充分的靈活性支援802.11a、802.11b和802.11g通訊協定，以及IEEE Quality of Service（QoS）規範，安全性規範等。此外，先設計一個802.11a/g的54Mbps的MAC後，可以更容易設計一個支援低速率11Mbps的802.11b WLAN。

雙頻帶零中頻無線電收發器架構

降低成本的主要考量是如何設計一個雙頻帶收發器的架構，傳統的無線電接收器設計，大多使用雙重混波轉換（dual conversion）也就是超外差的方法，若以這樣的方式來設計雙頻帶無線電接收器，即802.11a的5GHz頻帶及802.11g的2.4GHz頻帶，則會需要更多的外部元件。

因此有部份廠商在雙頻帶無線區域網路802.11a/g的解決方案裏，便採用零中頻（zero-IF）也就是直接轉換（direct conversion）的設計架構。而且採用CMOS製程以期達到更低成本、更低功耗的要求，在該解決方案的直接轉換收發器設計中，除了不再需要表面聲波中頻濾波器，還更進一步整合了低噪音放大器（LNA）、混波器（Mixer）、電壓控制振盪器（VCO）、頻率合成器和其它的基頻濾波器。

以CMOS製程為基礎的零中頻接收器的主要優勢是它可以完全整合進單一晶片上面，(圖一)是一個802.11a 5GHz接收器設計，接收器在方塊圖的上半部。信號從天線經由外部的帶通濾波器進入射頻IC，這個帶通濾波器會先濾掉非802.11a頻帶的信號或雜訊，所以只有頻率在4.9GHz到5.8GHz的信號才會進入射頻IC，接著處理的是低噪音放大器LNA（Low Noise Amplifier）將信號進一步放大，但同時也壓抑雜訊的能量。

在低噪音放大器之後就是直接轉換混波器，藉由與射頻載波頻率相同的本地振盪信號，將訊號從射頻的頻域直接降到基頻。並且這個直接轉換混波器還將信號分成I（in phase）和Q（quadrature phase）兩路再分別送進自動增益控制電路（AGC），這個AGC電路會根據進入訊號的強弱而自動增加或衰減增益，並透過基頻濾波器來避免類比－數位轉換器（ADC）的飽和而維持適當的基頻訊號位準再送給基頻處理器。

《圖一　802.11a 5GHz接收器設計》

發射器的部份除了信號的路徑相反之外，其原理跟接收器的運作也極為類似。首先基頻的I、Q信號由基頻處理器送出，再透過一樣的本地振盪信號經由直接轉換混波器調制到載波頻帶。接著經由一個功率放大緩衝器（PA Driver）再送到後級功率放大器。

零中頻架構技術瓶頸

事實上，零中頻的架構的確有比較多的技術瓶頸，例如直流偏移（DC offset）的影響、頻率閃爍雜訊（Flicker Noise；1/f noise）以及本地振盪的負載變動影響（Pulling）。直流偏移主要是由LNA的非線性效應產生，及本地振盪的漏波信號（LO Leakage）導致自我混波而產生DC成分，直流成分除了會影響接收性能之外，也更容易使接收端飽和而減少動態響應的範圍。

閃爍雜訊也叫作1/f雜訊，是會破壞接收信號的元件本身的低頻率雜訊。由於零中頻設計直接將射頻轉換為基頻信號，所以閃爍雜訊尤其對CMOS零中頻設計有更明顯的影響。

而本地振盪的干擾（Pulling）影響是由於直接轉換的架構，當高功率放大器輸出時，相對於本地振盪的負載也跟著改變，而這樣的變動會干擾這個電壓控制振盪器本身。不過，近年來射頻電路和調制解調器設計在半導體製程上的進步，使能透過基頻處理中專有的射頻設計技術加上系統的演算法的結合來解決這些問題。包括藉由微調射頻晶片內的電晶體來處理閃爍雜訊的問題，而直流偏置則可藉由回授的方式來量測並補償偏置量。因此，直接轉換射頻設計己廣泛地應用於行動電話、呼叫器及WLAN的產品設計中。

雙晶片低成本解決方案

由於直接轉換的簡單架構，使得2.4GHz和5GHz的射頻電路能夠放置在同一個單晶片內，而對晶片尺寸及封裝的成本並不會造成多大改變，主要還是可以免除一顆外部的表面聲波中頻濾波器，再搭配上一個高度整合的調制解調器和媒體存取控制器，整個就是一個低成本的兩顆晶片解決方案。

以超外差設計和零中頻設計做比較，若在相同的晶片價格條件下，一般說來，零中頻設計可節省10％左右的成本及50％的印刷電路板空間，然而這兩個射頻架構仍然需要其他的前端（front-end）電路，如diversity天線、switches、接收/發射switches、射頻帶通濾波器、功率放大器等，由於2.4GHz和5GHz在這些前端元件上所需要的匹配設計不盡相同，因此仍然有很大的機會要將這些前端元件整合入單一晶片或同一封裝內。例如功率放大器與T/R switches的整合晶片已在市面上可以見到，並且2.4GHz和5GHz的功率放大器（PA）也可整合進同一個模組中。

最後能夠主導整個解決方案的成本的關鍵就是BB/MAC晶片的整合度，因此在這裹BB/MAC的設計架構也顯得相對重要。最有成本效益的雙頻帶晶片架構應整合有完整的OFDM調制解調器、CCK調制解調器、完整規格的媒體存取控制器以支援802.11a和802.11b標準，以及即將來臨的802.11g標準。並且也需具備有可加值開發的處理器及軟體支援功能以設計如AP router這類產品，並可加強資訊安全的處理如802.11i及高品質處理如802.11e。

此外，IC設計工程師更應該特別注意各種接收/發射器設計架構，因為這部份比起BB/MAC可以有更大的彈性來節省成本，也相對地對整個解決方案的成本有較大的衝擊與影響。

（作者為RFMD台灣分公司WLAN技術經理）